الإحصاء 2: الاستدلال الإحصائي: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و10 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدة العودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

التوزيع الطبيعي

الدرجة المعيارية z: z = (x − μ)/σ
أقل من x: P(X < x) = Φ(z)
أكبر من x: P(X > x) = 1 − Φ(z)
بين قيمتين: Φ(z₂) − Φ(z₁)
المئين: x = μ + z·σ

الطريقة

حوّل القيمة إلى درجة معيارية: z = (x − μ)/σ.
ابحث عن Φ(z)، وهي المساحة على يسار z.
للمساحة على اليمين استخدم 1 − Φ(z)؛ ولفترة اطرح المساحتين اليساريتين.
للمئين اعمل بشكل عكسي: أوجد z للمساحة، ثم x = μ + z·σ.

فترات الثقة

σ معلومة: x̄ ± z·σ/√n
σ مجهولة: x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z الحرجة: 90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
حجم العينة: n = (z·σ/E)², rounded up

الطريقة

اختر بين z (σ للمجتمع معلومة) و t (الانحراف العيّني s فقط، مع n − 1 درجة حرية).
أوجد القيمة الحرجة لمستوى الثقة.
هامش الخطأ: E = القيمة الحرجة × الانحراف المعياري/√n.
الفترة: x̄ ± E.

اختبارات الفرضيات وفترات الثقة

اختبار z للمتوسط: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n)
اختبار t للمتوسط: t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), df = n − 1
ثنائي الطرف عند 5%: ارفض H₀ إذا |z| > 1,96
فترة الثقة: x̄ ± z·σ/√n

الطريقة

اذكر H₀ و H₁ وحدّد ما إذا كان الاختبار أحادي الطرف أم ثنائي الطرف.
احسب إحصاءة الاختبار: (x̄ − μ₀)/(σ/√n)، أو باستخدام s و t.
قارن بالقيمة الحرجة، أو أوجد القيمة الاحتمالية (p-value).
ارفض H₀ إذا تجاوزت الإحصاءة القيمة الحرجة (p أقل من α)، واذكر الاستنتاج بالكلمات.

الانحدار الخطي والارتباط

مجاميع المربعات: S_xx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, S_xy = Σxy − ΣxΣy/n
الميل: b = S_xy/S_xx
المقطع: a = ȳ − b·x̄
الارتباط: r = S_xy/√(S_xxS_yy)
البُواقي: e = y − ŷ

اختبارات مربع كاي

إحصائية الاختبار: χ² = Σ(O − E)²/E
جودة المطابقة: E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
الاستقلالية: E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
القيم الحرجة (α = 0,05): df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
القرار: ارفض H₀ إذا كان χ² > χ²_crit

2مسائل تدريبية

1.التوزيع الطبيعيمتوسطة

أطوال الرجال البالغين موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 178 cm وانحراف معياري 7 cm. ما النسبة التي تقع بين 167,15 و 186,75 cm؟ أعطِ P كعدد عشري.

μ = 178σ = 7x₁ = 167,15x₂ = 186,75

P =

2.التوزيع الطبيعيصعبة

أطوال الرجال البالغين موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 178 cm وانحراف معياري 7 cm. أوجد القيمة x التي يقع تحتها 80% منها (المئين 80).

μ = 178σ = 7P = 80%

x = cm

3.فترات الثقةمتوسطة

عينة من 21 مفردة متوسطها 71,5 وانحرافها المعياري s = 14. المجتمع طبيعي تقريبًا. أوجد الحد الأعلى لفترة الثقة 99% للمتوسط.

n = 21x̄ = 71,5s = 1499%t(20) = 2,845

الحد الأعلى =

4.فترات الثقةصعبة

تشير دراسة استطلاعية إلى أن نحو 0,4 من المنتجات معيبة. كم منتجًا n يجب فحصه كي يكون هامش الخطأ لفترة ثقة 90% للنسبة 0,025 على الأكثر؟

p ≈ 0,4E = 0,02590%

n =

5.اختبارات الفرضيات وفترات الثقةمتوسطة

يجري 11 موظفًا اختبار طباعة قبل دورة تدريبية وبعدها. لكل شخص يُسجَّل الفرق d = بعد − قبل (كلمة في الدقيقة). متوسط الفروق 5,89 والانحراف المعياري للفروق 8,5. أوجد إحصائية الاختبار المزدوج t للفرضية H₀: μ_d = 0.

n = 11d̄ = 5,89s_d = 8,5

t =

6.اختبارات الفرضيات وفترات الثقةصعبة

عينة من 64 قياسًا متوسطها 99,2. الانحراف المعياري للمجتمع 4. أوجد الحد الأعلى U لفترة الثقة 95% للمتوسط.

x̄ = 99,2σ = 4n = 6495%

U =

7.الانحدار الخطي والارتباطمتوسطة

يعطي الجدول 6 مشاهدات مزدوجة لـ x = الإنفاق على الإعلان بالـ k€ و y = المبيعات بالـ k€. مجاميعها معطاة. أوجد معامل ارتباط بيرسون r من هذه المجاميع.

n = 6Σx = 36Σy = 338Σx² = 286Σy² = 20254Σxy = 2314

r =

8.الانحدار الخطي والارتباطصعبة

يعطي الجدول 5 مشاهدات مزدوجة لـ x = ساعات الدراسة و y = درجة الامتحان. استخدم خط المربعات الصغرى ŷ = a + b·x. تنبّأ بـ ŷ عند x = 4,5.

n = 5x = 4,5

ŷ =

9.اختبارات مربع كايمتوسطة

يبيّن جدول التوافق التكرارات المشاهَدة. احسب إحصاءة مربع كاي χ² لاختبار الاستقلالية بين متغيّري الصفوف والأعمدة. لا تستخدم تصحيح الاستمرارية.

N = 1402 × 3

χ² =

10.اختبارات مربع كايصعبة

يتحقّق اختبار مربع كاي لجودة المطابقة مما إذا كانت التكرارات في 8 فئات تتبع توزيع بواسون يُقدَّر متوسطه من البيانات نفسها. كم درجة حرية df للاختبار؟

k = 8

df =

3المحاليل

1.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,8338

التوزيع الطبيعي: حوّل القيمة x إلى درجة معيارية z = (x − μ)/σ، وهي تعدّ الانحرافات المعيارية عن المتوسط. يعطي جدول z (أو Φ(z)) المساحة على يسار z، وهي P(X < x). المساحة على اليمين هي 1 − Φ(z)، والمساحة بين قيمتين هي الفرق بين مساحتيهما.

الدرجات المعيارية

z₁ = (167,15 − 178)/7 = −1,55

z₂ = (186,75 − 178)/7 = 1,25

المساحة بين القيمتين

P = Φ(1,25) − Φ(−1,55) = 0,8944 − 0,06057 = 0,8338

الإجابة

P = 0,8338

2.التوزيع الطبيعي

الإجابة: x = 183,9 cm

قيمة z للمئين

Φ(z) = 0,8 → z = 0,8416

العودة إلى x

x = 178 + 0,8416·7 = 183,89 cm

الإجابة

x = 183,89 cm

3.فترات الثقة

الإجابة: الحد الأعلى = 80,19

فترة الثقة للمتوسط: x̄ ± هامش الخطأ. عندما يكون σ للمجتمع معلومًا يكون الهامش z·σ/√n؛ وإذا لم يتوفر إلا الانحراف المعياري للعينة s، فاستخدم t بدرجات حرية n − 1: t·s/√n. القيم الحرجة: z = 1,645 (90%)، 1,96 (95%)، 2,576 (99%). للحصول على هامش E أو أقل تحتاج إلى n ≥ (z·σ/E)²، مقرَّبًا إلى الأعلى.

القيمة الحرجة

df = n − 1 = 20, t = 2,845

هامش الخطأ

E = 2,845·14/√21 = 8,692

الفترة

71,5 ± 8,692 → [62,81, 80,19]

الإجابة

الحد الأعلى = 80,19

4.فترات الثقة

الإجابة: n = 1040

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

حُلّ لإيجاد n

n = 1,645²·0,4·0,6/0,025² = 1039

قرّب إلى الأعلى

n = 1040

الإجابة

n = 1040

5.اختبارات الفرضيات وفترات الثقة

الإجابة: t = 2,298

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

الخطأ المعياري لمتوسط الفروق

SE = 8,5/√11 = 2,563

إحصائية الاختبار

t = 5,89/2,563 = 2,298

الإجابة

t = 2,298

مع df = 10، القيمة الحرجة ثنائية الطرف عند 5% هي 2,228؛ و|t| أكبر، لذا تُرفض H₀.

6.اختبارات الفرضيات وفترات الثقة

الإجابة: U = 100,2

اختبار المتوسط: تقيس إحصائية الاختبار كم خطأً معياريًا يبعد متوسط العينة عن القيمة المزعومة في H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) عندما تكون σ معلومة، و t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) عندما تُقدَّر من العينة. فترة الثقة هي x̄ ± (القيمة الحرجة)·(الخطأ المعياري).

هامش الخطأ

E = 1,96·4/√64 = 0,98

حد الفترة

U = 99,2 + 0,98 = 100,2

الإجابة

U = 100,2

7.الانحدار الخطي والارتباط

الإجابة: r = 0,9814

انحدار المربعات الصغرى: مع x̄ و ȳ المتوسطين، و Sxx = Σ(x − x̄)²، و Syy = Σ(y − ȳ)² و Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ)، يكون للخط ŷ = a + b·x الميل b = Sxy/Sxx والمقطع a = ȳ − b·x̄، لذا يمرّ دائمًا بالنقطة (x̄, ȳ). معامل ارتباط بيرسون r = Sxy/√(Sxx·Syy) يقع بين −1 و 1؛ و r² هو نسبة التباين في y التي يفسّرها الخط.

المجاميع الممركَزة

S_xy = 2314 − 36·338/6 = 286

S_xx = 286 − 36²/6 = 70

S_yy = 20254 − 338²/6 = 1213

معامل الارتباط

r = 286/√(70·1213) = 0,9814

الإجابة

r = 0,9814

8.الانحدار الخطي والارتباط

الإجابة: ŷ = 74,2

المتوسطات

x̄ = 15/5 = 3

ȳ = 332/5 = 66,4

مجاميع المربعات والضروب

S_xx = Σ(x − x̄)² = 10

S_xy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 52

خط الانحدار

b = 52/10 = 5,2

a = 66,4 − 5,2·3 = 50,8

ŷ = 50,8 + 5,2·x

التنبؤ

ŷ = 50,8 + 5,2·4,5 = 74,2

الإجابة

ŷ = 74,2

9.اختبارات مربع كاي

الإجابة: χ² = 2,139

اختبارات مربع كاي: قارن التكرارات المشاهَدة O بالتكرارات المتوقَّعة E تحت H₀ باستخدام χ² = Σ(O − E)²/E. جودة المطابقة: E = n·p لكل فئة، df = k − 1 (ناقص واحد إضافي لكل معلَمة تُقدَّر من البيانات). الاستقلالية في جدول r × c: E = مجموع الصف × مجموع العمود / المجموع الكلي، df = (r − 1)(c − 1). ارفض H₀ عندما تتجاوز χ² القيمة الحرجة عند α المختارة.

التكرارات المتوقَّعة

الطلاب: 60·42/140 = 18, 60·42/140 = 18, 60·56/140 = 24

الموظفون: 80·42/140 = 24, 80·42/140 = 24, 80·56/140 = 32

إحصاءة مربع كاي

χ² = (21 − 18)²/18 + (19 − 18)²/18 + (20 − 24)²/24 + (21 − 24)²/24 + (23 − 24)²/24 + (36 − 32)²/32

χ² = 2,139

الإجابة

χ² = 2,139

df = 2. عند α = 0,05 تكون القيمة الحرجة 5,991، لذا فإن H₀ (الاستقلالية) غير مرفوضة.

10.اختبارات مربع كاي

الإجابة: df = 6

درجات الحرية

df = 8 − 1 − 1 = 6

الإجابة

df = 6

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-2-inference